Die Kartoffel, eines der wichtigsten Nahrungsmittel weltweit, wird unter anderem von dem Erreger Rhizoctonia solani Kühn befallen. Durch dieses Pathogen hervorgerufene Qualitäts- und Ertragsverminderungen können zu erheblichen ökonomischen Verlusten führen. Da derzeitig verfügbare Bekämpfungsmaßnahmen nur eine eingeschränkte Effektivität aufzeigen, sind alternative Bekämpfungsstrategien dringend notwendig. Der Einsatz resistenter Sorten stellt eine effektive, umweltfreundliche Alternative dar, jedoch ist derzeit nur wenig über die der Resistenz der Kartoffel gegenüber R. solani zugrundeliegenden Mechanismen bekannt. Ziel dieser Arbeit war es, Merkmale aufzufinden, die mit einer erhöhten Feldresistenz der Kartoffel gegenüber R. solani korrelieren und zukünftig als Marker in der Züchtung zur Einschätzung des Resistenzgrads von Sorten genutzt werden können. Auf der Grundlage von Feldversuchen wurden zwei Kartoffelgenotypen mit einem unterschiedlichen Grad der Feldresistenz gegenüber R. solani für vergleichende molekularbiologische und biochemische Analysen ausgewählt. Die Analyse des Expressionsniveaus ausgewählter Abwehrgene zeigte, dass die Kartoffelsorte mit geringerer Anfälligkeit ein konstitutiv höheres Expressionsniveau aufweist als die Sorte mit einer höheren Anfälligkeit. Im Gegensatz zur stärker anfälligen Sorte wurde in Wurzeln und Stängeln der weniger anfälligen Sorte kein erhöhtes Expressionsniveau der Abwehrgene infolge der Infektion mit R. solani festgestellt. Zudem wies die weniger anfällige Sorte höhere Gehalte an α-Chaconin and α-Solanin sowie Nicotiflorin auf. Anhand von in vitro Untersuchungen wurde ein wachstumshemmender Effekt dieser Komponenten auf R. solani festgestellt. Weiterhin wurde ein geringerer Gehalt an R. solani-DNA in den Wurzeln der weniger anfälligen Sorte determiniert. Demnach scheint eine geringere Anfälligkeit der Kartoffel gegenüber diesem Erreger mit einer höheren, präformierten pflanzlichen Immunabwehr korreliert zu sein. / Potato, the fourth most important food crop worldwide, is also target of many pests and microbial pathogens including the fungus Rhizoctonia solani Kühn. The infection of potato with this pathogen leads to considerable economic losses. The soil-borne nature, the formation of melanised sclerotia, and the limited efficacy of fungicides impair the control of this pathogen and strengthen the necessity for alternative control measures. A very effective alternative is the use of resistant cultivars. Quantitative differences in the degree of resistance of potato to R. solani have been repeatedly observed in the field. However, until now there is no information available regarding the underlying mechanisms contributing to the resistance level. This thesis aimed at revealing mechanisms in potato which contribute to the manifestation of a certain degree of field resistance to R. solani. Based on the screening of various potato genotypes in field trials, two potato cultivars distinctly differing in the level of resistance to R. solani were selected for further molecular and biochemical analyses. The cultivar with a higher degree of resistance showed higher constitutive expression of defence-related genes. In contrast to the less resistant cultivar, no distinct increase of the defence-gene expression level was detectable upon pathogen infection in this cultivar. Moreover, contents of the glycoalkaloids α-chaconine and α-solanine and of the flavonol nicotiflorin were higher compared to the less resistant cultivar. Using in vitro culture tests, a growth-reducing effect of these compounds on R. solani was confirmed. Concluding, a higher resistance of potato cultivars to R. solani seems to be related to a higher expression level of defence-related genes and to a higher content of plant secondary metabolites. This enhanced constitutive defence level resulted in a lower pathogen colonisation of the plant, thus contributing to a reduced disease severity in the field.

Zusammenfassung Die Asteraceae Brachycome dichromosomatica ist eine besonders geeignete Spezies, um B-Chromosomen zu analysieren. Die auf den B-Chromosomen-lokalisierte 45S rDNA wurde auf Ursprung und Funktion untersucht. Die Mikrodissektion von B-Chromosomen und PCR-Amplifikation ermöglichte es, B-Chromosomen-spezifische ITS2-Sequenzen der 45S rDNA zu erhalten. Auffallend bei dieser Analyse waren zwei beständige Differenzen zwischen den Sequenzen von A- und B-Chromosomen. Phylogenetische Untersuchungen identifizierten keine Spezies, die eine ITS2-Sequenz hatte, die ähnlicher zu der B-Chromosomen-ITS2-Sequenz war als die A-Chromosomen-ITS2-Sequenz von B. dichromosomatica. Es wurde ein Ursprung der B-Chromosomen in der Zeit vor der Ausbildung der vier Cytodeme von B. dichromosomatica postuliert. Die Analyse der Assoziationen von Mikro-B-Chromosomen mit dem Nukleolus ergab, dass 70% der Mikro-B-Chromosomen nicht mit dem Nukleolus assoziierten. Die hohe Frequenz von nichtassoziierten Mikro-B-Chromosomen weist auf eine Inaktivität der Mikro-B-Chromosomen-lokalisierten 45S rDNA hin. Die Immunfluoreszenzmarkierung zeigte, dass sich das Chromatin der A- und B-Chromosomen deutlich in der euchromatischen Histon-H3-Methylierung unterscheidet. Während die A-Chromosomen deutliche Immunfluoreszenzsignale aufwiesen, zeigten die Mikro-B- und Standard-B-Chromosomen nur eine schwache Markierung mit Antikörpern gegen Histon H3K4me1,2,3, H3K9me3 und H3K27me2,3. Die heteropygnotischen, mit Tandem-Repeats angereicherten Mikro-B-Chromosomen waren dabei noch weniger mit diesen euchromatischen Markierungen gekennzeichnet als die Standard-B-Chromosomen. Keine Unterschiede zwischen den A- und B-Chromosomen wurden für die heterochromatischen Markierungen Histon H3K9me1,2 und H3K27me1 gefunden, was darauf hinweist, dass die B-Chromosomen nicht spezifisch durch zusätzliche heterochromatische Histonmarkierungen gekennzeichnet sind. / Summary The Asteraceae Brachycome dichromosomatica is a suitable species for the analysis of B chromosomes (Bs). The origin and activity of micro B-located 45S rDNA of was analysed. Microisolation of Bs and PCR with internal transcribed spacer 2 (ITS2)-specific primers succeeded in the isolation of B-specific ITS2-sequences. ITS2 was sequenced for micro B, large B and A chromosomes, and conserved differences were identified between sequences originating from A and both types of Bs. Phylogenetic analysis did not identify a species that contained an ITS2 sequence that was more similar to either of the B’s sequences than that of the B. dichromosomatica A chromosomes (As). Thus, an origin of the Bs from As at a time prior to the divergence of the four cytodemes of B. dichromosomatica is suggested. Because 70% of micro Bs did not co-localize with the nucleolus I conclude that micro B-located 45S rDNA is not constitutively transcribed. Immunofluorescence demonstrates that the chromatin in A and both types of Bs differs markedly in euchromatic histone H3 methylation marks. While A chromosomes are labelled brightly, the micro B and large Bs are faintly labelled with antibodies against H3K4me2/3, H3K9me3 and H3K27me2/3. The heteropycnotic, tandem-repeat enriched micro Bs were even less labelled with euchromatic histone H3 methylation marks than large Bs. No differences between A and Bs were found as to the heterochromatic marks H3K9me1/2 and H3K27me1, indicating that Bs are not additionally labelled by heterochromatin typical histone H3 modifications. 1